JP2008148408A - 電力貯蔵システムにおける蓄電装置の保温制御方法および電力貯蔵システム - Google Patents

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順 石井
Shigeki Umeda
繁樹 梅田
Yoshiaki Nakamura
悦章 中村
Keiichi Uesono
恵一 上園
Shuichi Suzuki
修一 鈴木
Masanori Maruyama
真範 丸山
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Abstract

【課題】ヒータなどの熱源を設けることなく蓄電装置が低温になるのを防止し、低温環境下においても、十分な充放電性能が得られるようにすること。
【解決手段】電力系統に余剰電力が発生すると、電力貯蔵装置11,12のDC−DCコンバータ2a,2bは蓄電装置1a,1bに充電電流を流して蓄電量を上昇させ、電力系統が電力不足になると蓄電装置1a,1bを放電させる。電力貯蔵装置11,12が待機状態になり蓄電装置1a,1bが低温になると、保温制御部3は、一定時間内における充放電電力の和が常に0であって、電力貯蔵システムと電力系統の間での電力の送受がないように、電力貯蔵装置11,12の蓄電装置1a,1bを充放電させる。この充放電動作を、全ての電力貯蔵装置11,12において所定の周期で繰返し行わせることにより、上記各電力貯蔵装置11,12の蓄電装置1a,1bの温度を上昇させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電力系統において余剰電力が発生したときに充電し、電力不足が発生したときに放電する電力貯蔵システムにおける蓄電装置の保温制御方法および電力貯蔵システムに関する。
電力貯蔵装置は、電力系統において余剰電力が発生したときに充電し、電力不足が発生したときに放電するものであり、電力供給設備の負担を軽減することが可能であるため、省エネルギーに効果が大である。
しかし、電力が過不足無く供給されているときは待機状態となり、寒冷地などでは蓄電装置が低温となる。蓄電装置が低温となると、蓄電装置の内部抵抗が増大して充放電性能が低下し、電力の変動に十分対応できない状態となってしまう。この低温時における性能低下を防ぐため、ヒータ等、外部の熱源により蓄電装置を保温する必要があった。
例えば特許文献1には、鉛蓄電ユニットにヒータなどの加熱手段を設け、低温における放電容量の低下を防止し、かつ低温での完全充電を容易にした鉛蓄電ユニットが記載されている。
図7は低温時にヒータによる保温機能を有する電力貯蔵装置であり、1は蓄電装置、2はDC/DCコンバータ、Hはヒータである。図7に示されるものは、蓄電装置1が低温になると、ヒータHにより蓄電装置を加熱し、性能低下を防ぐ。
ヒータによる保温機能を有する電力貯蔵装置は、低温環境下においても十分な充放電性能を満足でき、実用上十分であった。
特許公開2005−150065号公報
上述したように従来から、ヒータなどの熱源を蓄電装置に設け、低温時にヒータにより蓄電装置を加熱し、蓄電装置の性能低下を防止することが行われていた。
しかし、ヒータ等の熱源は、本来の充放電機能に関係ない付加装置であり、コスト面及びメンテナンス面で問題があった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、ヒータなどの熱源を設けることなく蓄電装置が低温になるのを防止し、低温環境下においても、十分な充放電性能が得られるようにすることである。
本発明は、複数の電力貯蔵装置を用いた電力貯蔵システムにおいて、相互に充放電するこにより、蓄電装置の内部抵抗による発熱を利用して蓄電装置を保温する。
具体的には、以下のように電力貯蔵装置の充放電を制御して、蓄電装置を保温する。
(1)複数の電力貯蔵装置から構成される電力貯蔵システム内において、一定時間内における充放電電力の和が常に0であって、電力貯蔵システムと電力系統の間での電力の送受がないように、電力貯蔵装置の内の少なくとも一部の電力貯蔵装置から電力を放電させると同時に、該放電された電力と同じ電力で他の一部の電力貯蔵装置を充電させる充放電動作を行わせる。
そして、上記充放電動作を、全ての電力貯蔵装置において所定の周期で繰返し行わせることにより、上記各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させ、全ての電力貯蔵装置の蓄電装置が、所望の性能および寿命を維持できるように保温する。
(2)電力貯蔵装置がn(n≧2)台設置された電力貯蔵システムにおいて、上記n(n≧2)台の電力貯蔵装置をm群に分割し、m群の電力貯蔵装置の内のk番目の群の電力貯蔵装置から電力を放電させると同時に、上記放電された電力と同じ電力をj(k≠j)番目の群の電力貯蔵装置に充電する充放電動作を行わせ、上記k,j番目以外の群の電力貯蔵装置を待機させて充放電はしない状態とする。
そして、上記充放電動作を、上記j,kを変えながら、m群の全ての電力貯蔵装置において所定の周期で繰返し行わせることにより、上記各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させ、全ての電力貯蔵装置の蓄電装置が、所望の性能および寿命を維持できるように保温する。
本発明においては、複数の電力貯蔵装置を相互に充放電することによって保温しているので、蓄電装置を保温するためになんらの付加装置もなく、また、電力貯蔵装置と電力系統の間で電力の送受も発生させることなく、電力貯蔵装置内の充放電によって蓄電装置を保温できる。
このため、外部からの熱源を必要とせず、装置の構成を単純化することができ、電力貯蔵システムのコストダウンを図ることが可能となる。また、熱源などが不要なため、システムメンテナンスも容易となる。
本発明においては、蓄電装置が低温になるのを防ぐために加熱するという目的を、外部の熱源を用いることなく、蓄電装置間の充放電に伴う内部抵抗による発熱を利用することで実現した。以下、本発明の具体的な実施の形態について説明する。
図1は、本発明に第1の実施例を示す図であり、2群の電力貯蔵装置を備えた電力貯蔵システムの概略構成図である。
図1において、1aは1群蓄電装置、1bは2群蓄電装置、2aは1群DC/DCコンバータ、2bは2群DC/DCコンバータ、11は1群電力貯蔵装置、12は2群電力貯蔵装置ある。また、3は上記1群、2群の電力貯蔵装置の蓄電装置を制御する保温制御部である。
保温制御部3には、蓄電装置1a,1bに取り付けられた温度センサ4a,4bにより測定された蓄電装置1a,1bの温度が入力され、蓄電装置1a,1bが低温となった場合、或いは今後低温となることが予想される場合、保温制御部3は蓄電装置1a,1bに充放電動作を行わせ、上記各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させる。
すなわち、保温制御部3は、一定時間内における充放電電力の和が常に0であって、電力貯蔵システムと電力系統の間での電力の送受がないように、電力貯蔵装置11,12の内の一方の電力貯蔵装置から電力を放電させると同時に、放電された電力と同じ電力で他の電力貯蔵装置を充電する。そして、この充放電動作を、全ての電力貯蔵装置11,12において所定の周期で繰返し行わせることにより、上記各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させる。
図2は上記各群の電力貯蔵装置11,12の構成例を示す図である。
同図において、21はフィルタリアクトル、22はフィルタコンデンサであり、フィルタリアクトル21の一方端側には、直流き電系統の+側が接続され、フィルタコンデンサ22の接地側は、直流き電系統の−側が接続される。また、フィルタリアクトル21の上記一方端側には架線電圧VLを検出するための電圧検出器32が設けられている。
上記フィルタコンデンサ22の両端には、並列に第1のスイッチング素子23、第2のスイッチング素子24の直列回路が接続され、第1のスイッチング素子23、第2のスイッチング素子24の接続点には、スムージングリアクトル25とスムージングコンデンサ26から構成されるスムージングフィルタが接続される。
さらに、スムージングコンデンサ26の両端には、電池などから構成される前記蓄電装置1が接続され、蓄電装置1には、蓄電装置1の電圧VBを検出するための電圧検出器34が設けられる。また、スムージングリアクトル25と第1のスイッチング素子23、第2のスイッチング素子24の接続点間には、蓄電装置1の充放電電流IBを検出する電流検出器33が設けられている。
上記第1、第2のスイッチング素子23,24と、フィルタリアクトル21、フィルタコンデンサ22、スムージングリアクトル25とスムージングコンデンサ26によりDCーDCコンバータを構成しており、第1のスイッチング素子23、第2のスイッチング素子24をスイッチング動作させることにより蓄電装置1を充放電させることができる。
上記電圧検出手段32により検出された架線電圧VL、電流検出器33により検出された充放電電流(電池電流)IB、電圧検出器34により検出された蓄電装置の電圧VBは、制御部41に送られる。
制御部41は、架線電圧VLなどに基づき電力系統に余剰電力が発生したかを判定し、電力系統に余剰電力が発生したとき、蓄電装置1へ余剰電力を充電し、また、電力系統が電力不足のときは、蓄電装置1を放電させる。
すなわち、電力系統に余剰電力が発生すると、上記DC−DCコンバータを制御して、蓄電装置1に充電電流を流し、蓄電装置1の蓄電量を上昇させる。また、電力系統が電力不足になると上記DC−DCコンバータを制御して、蓄電装置1を放電させる。
このように、蓄電装置1に充放電電流が流れているときには、内部抵抗による発熱により蓄電装置1は加熱され低温状態にはならない。
しかし、電力系統が平衡し、電力貯蔵装置が待機状態であるときに、寒冷地など周囲温度が低いところでは、蓄電装置1が低温となる。
蓄電装置1が低温になると、図1で説明したように保温制御部3による蓄電装置1の充放電が行われ、各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させる。
上記保温制御部3の動作について、さらに具体的に説明する。
図1に示すように、各蓄電装置1a,1bには、温度センサ4a,4bが取り付けられ、蓄電装置1a,1bの温度が保温制御部3に送られる。
保温制御部3は、例えば上記温度センサ4a,4bにより測定された蓄電装置1a,1bの温度信号が入力され、この温度信号に基づき保温動作の開始/停止を判定する判定部3aと、充放電パターン発生部3bを備える。
判定部3aは、上記温度センサ4a.4bにより測定された蓄電装置の1a,1bの温度に基づき、保温動作を開始させるか否かを判定する。例えば、蓄電装置1a,1bの内の一つの蓄電装置の温度が例えば0度より低下すると、判定部3aは保温動作が必要であると判定し、充放電パターン発生部3bの動作を開始させる。
充放電パターン発生部3bは例えば、図3に示すような、所定の周期Tで充電と放電が交互に繰り返す充放電パターン信号を1群の電力貯蔵装置11と2群の電力貯蔵装置12に出力し、これにより、1群の電力貯蔵装置11と2群の電力貯蔵装置12は充放電を繰り返す。
すなわち、1群蓄電装置1aの電力を、1群DC/DCコンバータ2aを介して放電させ、同時に1群蓄電装置1aが放電する電力と同じ電力を2群DC/DCコンバータ2bを介して2群蓄電装置1bに充電する。時間T経過後、さらに時間Tだけ、2群蓄電装置1bの電力を、2群DC/DCコンバータ2bを介して放電し、同時に、2群蓄電装置1bが放電するのと電力と同じ電力を、1群DC/DCコンバータ2aを介して1群蓄電装置1aに充電する。これを1周期として、すべての蓄電装置が、性能および寿命について十分な温度となるまでの間、繰り返す。
このとき、1周期の間で1群から2群へ移動する電力量と、2群から1群へ移動する電力量は等しくなるので、n周期終了後の各群の蓄電量の差は充放電動作以前と等しくなる。また、電力貯蔵装置内での充放電電力の和は常に0となるので、電力貯蔵装置と電力系統の間では電力の送受は発生しない。
なお、上記2つの条件を満たすよう充放電させればよく、必ずしも図3のパターンで充放電を行う必要は無い。
上記充放電動作を所定の周期で繰返し行わせることにより、上記各電力貯蔵装置11,12の蓄電装置1a,1bの温度は上昇する。そして、全ての蓄電装置1a,1bの温度が例えば0度より高くなると、前記判定部3aは、充放電パターン発生部3bの動作を停止させ、充放電動作を終了する。
図4は、本発明の第2の実施例を示す図であり、3群の電力貯蔵装置を備えた電力貯蔵システムの概略構成図である。
同図において、1aは1群蓄電装置、1bは2群蓄電装置、1cは3群蓄電装置、2aは1群DC/DCコンバータ、2bは2群DC/DCコンバータ、2cは2群DC/DCコンバータ、11は1群電力貯蔵装置、12は2群電力貯蔵装置、13は3群電力貯蔵装置、3は保温制御部であり、図5は3群の電力貯蔵装置を備えた電力貯蔵システムにおける保温充放電パターンを示す図である。
上記電力貯蔵装置11,12,13は前記図2に示した構成を有し、前述したように、電力系統に余剰電力が発生したかを判定し、電力系統に余剰電力が発生したとき、電力系統から1群電力貯蔵回路11、2群電力貯蔵回路12及び3群電力貯蔵回路13へ余剰電力を充電し、電力系統が電力不足のとき、1群電力貯蔵回路11、2群電力貯蔵回路12及び3群電力貯蔵回路13から電力系統へ放電する。このように、蓄電装置に十分な電流が流れていると、内部抵抗による発熱により蓄電装置1a,1b,1cは加熱され低温状態にはならない。
しかし、電力系統が平衡し、電力貯蔵装置が待機状態であるとき前述したように蓄電装置1が低温となる。
蓄電装置1が低温になると、図1で説明したように保温制御部3による蓄電装置1の充放電が行われ、各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させる。
保温制御部3には前記図1と同様、各蓄電装置1a,1b,1cに取り付けられた温度センサ4a,4b、4cにより測定された温度が入力され、この温度信号に基づき保温動作の開始/停止を判定する判定部3aと、充放電パターン発生部3bを備える。
判定部3aは、上記温度センサ4a.4b,4cにより測定された蓄電装置の1a,1b,1cの温度に基づき、保温動作を開始させるか否かを判定し、電力系統が平衡し、蓄電装置に流れる充放電電流が小さいとき、或いは電力貯蔵装置が待機状態であるときに、蓄電装置が低温となった場合、或いは今後低温となることが予想される場合、充放電パターン発生部3bの動作を開始させる。
例えば、蓄電装置1a,1b,1cの内の一つの蓄電装置の温度が例えば0度より低下すると、判定部3aは保温動作が必要であると判定し、充放電パターン発生部3bの動作を開始させる。
充放電パターン発生部3bは例えば、図5に示すような、所定の周期Tで充電と放電が交互に繰り返す充放電パターン信号を1群〜3群の電力貯蔵装置11〜13に出力する。
すなわち、2群蓄電装置1bの電力を、2群DC/DCコンバータ2bを介して放電し、同時に2群蓄電装置2bが放電する電力と同じ電力を1群DC/DCコンバータ2aを介して1群蓄電装置1aに充電する。3群蓄電装置1cは待機し、充放電はしない。
時間T経過後、3群蓄電装置1cの電力を、3群DC/DCコンバータ2cを介して放電し、同時に3群蓄電装置1cが放電する電力と同じ電力を2群DC/DCコンバータ2bを介して2群蓄電装置1bに充電する。1群蓄電装置1aは待機し、充放電はしない。さらに時間T経過後、1群蓄電装置1aの電力を、1群DC/DCコンバータ2aを介して放電し、同時に1群蓄電装置1aが放電する電力と同じ電力を3群DC/DCコンバータ2cを介して3群蓄電装置1cに充電する。2群蓄電装置は待機し充放電はしない。
上記の状態で時間T継続する。この一連の充放電動作を1周期として、すべての蓄電装置が、性能および寿命について十分な温度となるまでの間、繰り返す。
このとき、1周期の間の、各群における充電電力と放電電力の収支はつりあうので、n周期終了後における各群の蓄電量の差は充放電動作以前と等しくなる。また、電力貯蔵装置内での充放電電力の和は常に0となるので、電力貯蔵装置と電力系統の間では電力の送受は発生しない。なお、上記の条件を満たすよう充放電をさせればよく、必ずしも図5のパターンで充放電を行う必要は無い。
図6は、本発明の第3の実施例を示す図であり、n群の電力貯蔵装置を備えた電力貯蔵システムの概略構成図である。
同図において、1aは1群蓄電装置、2aは1群DC/DCコンバータ、11は1群電力貯蔵装置、1nはn群電力貯蔵装置である。
上記電力貯蔵装置11〜1nは前記図2に示した構成を有し、前述したように、電力系統に余剰電力が発生したかを判定し、電力系統に余剰電力が発生したとき、電力系統から1群電力貯蔵装置11〜n群電力貯蔵装置1nまでの電力貯蔵装置へ余剰電力を充電し、電力系統が電力不足のとき、1群電力貯蔵装置11〜n群電力貯蔵装置1nまでの電力貯蔵装置から電力系統へ放電する。
このように、蓄電装置に十分な電流が流れていると、内部抵抗による発熱により蓄電装置1a,1b,1cは加熱され低温状態にはならない。
しかし、電力系統が平衡し、電力貯蔵装置が待機状態であるとき前述したように蓄電装置1が低温となる。
蓄電装置1が低温になると、第1、第2の実施例で説明したように保温制御部3による蓄電装置1の充放電が行われ、各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させる。
例えば、電力貯蔵装置がn(n≧2)台設置されている場合、n(n≧2)台の電力貯蔵装置をm群に分割し、m群の電力貯蔵装置の内のk番目の群の電力貯蔵装置から電力を放電させると同時に、上記放電された電力と同じ電力をj(k≠j)番目の群の電力貯蔵装置に充電する充放電動作を行わせ、上記k,j番目以外の群の電力貯蔵装置を待機させて充放電はしない状態とする。そして、この充放電動作を、上記j,kを変えながら、m群の全ての電力貯蔵装置において所定の周期で繰返し行わせる。
以上のように、ある一定時間での各群における充電電力と放電電力の収支がつりあい、また、電力貯蔵装置内での充放電電力の和が常に0となるように、各電力貯蔵装置に充放電動作を行わせ、すべての蓄電装置が、性能および寿命について十分な温度となるまでの間繰り返す。
2つの電力貯蔵回路を備え、相互の充放電で蓄電装置を保温する本発明の第1の実施例の電力貯蔵システムの概略構成図である。 図1に示す電力貯蔵装置の構成例を示す図である。 2つの電力貯蔵回路を備えた電力貯蔵装置の保温充放電パターン例を示す図である。 3つの電力貯蔵回路を備え、相互の充放電で蓄電装置を保温する本発明の第2の実施例の電力貯蔵装置の概略構成図である。 3つの電力貯蔵回路を備えた電力貯蔵装置の保温充放電パターン例を示す図である。 n個の電力貯蔵回路を備え、相互の充放電で蓄電装置を保温する本発明の第3の実施例の電力貯蔵システムの概略構成図である。 ヒータで蓄電装置を保温する従来の電力貯蔵システムの構成図である。
符号の説明
1 蓄電装置
1a 1群蓄電装置
1b 2群蓄電装置
1c 3群蓄電装置
2 DC/DCコンバータ
2a 1群DC/DCコンバータ
2b 2群DC/DCコンバータ
2c 3群DC/DCコンバータ
3 保温制御部
3a 判定部
3b 充放電パターン発生部
4,4a〜4c 温度センサ
10 電力貯蔵装置
11 1群電力貯蔵装置
12 2群電力貯蔵装置
13 3群電力貯蔵装置
1n n群電力貯蔵装置
21 フィルタリアクトル
22 フィルタコンデンサ
23 第一のスイッチング素子
24 第二のスイッチング素子
25 スムージングリアクトル
26 スムージングコンデンサ
32 電圧検出器
33 電流検出器
34 電圧検出器
41 制御部

Claims (3)

  1. 蓄電装置と、電力系統に接続され蓄電装置を充放電させるDC/DCコンバータから構成され、電力系統に余剰電力が発生したときに上記蓄電装置を充電し、電力不足が発生したときに蓄電装置を放電させる電力貯蔵装置が複数設置された電力貯蔵システムにおける蓄電装置の保温制御方法であって、
    上記複数の電力貯蔵装置から構成される電力貯蔵システム内において、一定時間内における充放電電力の和が常に0であって、電力貯蔵システムと電力系統の間での電力の送受がないように、電力貯蔵装置の内の少なくとも一部の電力貯蔵装置から電力を放電させると同時に、該放電された電力と同じ電力で他の一部の電力貯蔵装置を充電させる充放電動作を行わせ、
    上記充放電動作を、全ての電力貯蔵装置において所定の周期で繰返し行わせることにより、上記各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させ、
    全ての電力貯蔵装置の蓄電装置が、所望の性能および寿命を維持できるように保温することを特徴とする電力貯蔵システムにおける蓄電装置の保温制御方法。
  2. 蓄電装置と、電力系統に接続され蓄電装置を充放電させるDC/DCコンバータから構成され、電力系統に余剰電力が発生したときに上記蓄電装置を充電し、電力不足が発生したときに蓄電装置を放電させる電力貯蔵装置がn(n≧2)台設置された電力貯蔵システムにおける蓄電装置の保温制御方法であって、
    上記n(n≧2)台の電力貯蔵装置をm群に分割し、m群の電力貯蔵装置の内のk番目の群の電力貯蔵装置から電力を放電させると同時に、上記放電された電力と同じ電力をj(k≠j)番目の群の電力貯蔵装置に充電する充放電動作を行わせ、上記k,j番目以外の群の電力貯蔵装置を待機させて充放電はしない状態とし、
    上記充放電動作を、上記j,kを変えながら、m群の全ての電力貯蔵装置において所定の周期で繰返し行わせることにより、上記各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させ、 全ての電力貯蔵装置の蓄電装置が、所望の性能および寿命を維持できるように保温することを特徴とする電力貯蔵システムにおける蓄電装置の保温制御方法。
  3. 蓄電装置と、電力系統に接続され蓄電装置を充放電させるDC/DCコンバータから構成され、電力系統に余剰電力が発生したときに上記蓄電装置を充電し、電力不足が発生したときに蓄電装置を放電させる複数の電力貯蔵装置から構成される電力貯蔵システムであって、
    上記複数の電力貯蔵装置の充放電を制御して、全ての電力貯蔵装置の蓄電装置が、所望の性能および寿命を維持できるように保温させる制御手段を備え、
    上記制御手段は、上記複数の電力貯蔵装置から構成される電力貯蔵システム内の全ての電力貯蔵装置に対して、一定時間内における充放電電力の和が常に0であって、電力貯蔵システムと電力系統の間での電力の送受がないように、電力貯蔵装置の内の少なくとも一部の電力貯蔵装置に電力を放電させる放電パターンを送出し、また、それと同時に、他の一部の電力貯蔵装置に、該放電された電力と同じ電力で他の一部の電力貯蔵装置を充電させる充電パターンを送出し、
    各電力貯蔵装置のDC/DCコンバータは、上記制御手段から送出される充電パターン、放電パターンにより蓄電装置を充放電し、上記各電力貯蔵装置の蓄電装置の温度を上昇させる
    ことを特徴とする蓄電装置の保温機能を備えた電力貯蔵システム。
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